[发明专利]新型彩色激光投影显示设备

说明书

技术领域

本发明涉及投影显示设备，更具体地说，涉及采用红、绿、蓝激光器为光源，并同时使用空间光调制器与线扫描方案的彩色激光投影显示设备。

背景技术

传统投影显示设备普遍采用的是金属卤素灯泡、UHE(Ultra high efficiency)灯泡、UHP(Ultra high performance)灯泡等光源。其共同缺点是电光转换效率低、寿命短、成本偏高，通常在运行几千小时后，亮度就会严重衰减；由于技术的限制，采用灯泡为光源还导致目前的投影系统体积偏大。同时，由于灯泡发光机理的限制，使其成像的色域范围较小，无法实现更为逼真的色彩还原。

除此之外，目前还有采用发光二极管LED光源的投影显示系统，如2006年9月5日授予Shindoh的美国专利7101049，标题为“投影仪光学以及采用LED光源的投影仪”。相比传统灯泡光源，采用LED作为投影仪光源，其优势在于：效率高、寿命大大延长，体积小，响应速度快，没有紫外或红外辐射。但是，目前LED还没有达到大尺寸背投电视与投影仪所期望的高亮度，因此LED光源主要定位于外形尺寸小和无需高亮度输出的应用领域。

而激光光源，尤其是半导体激光器LD，具有体积小，电光效率高，批量成本低等优点；相比灯泡以及LED等非相干光源，激光由于光谱更纯，提高了光能利用率，易于实现高亮度输出；并且通过选择合适的三基色波长，可以得到更广的色域，实现更加真实的色彩还原。

激光投影显示系统形成二维图像的方式包括：传统灯泡投影系统已经广泛采用的面阵空间光调制器SLM、激光束二维逐点扫描以及线空间光调制器结合一维扫描等。

采用的面阵空间光调制器主要包括：数字微镜器件DMD、液晶器件LCD和硅基液晶器件LCOS(liquid crystal on silicon)。其共同特点是：由许多微小光阀元件组成的二维阵列，每个元件对应二维图像的一个像素，并且都可以独立寻址，从而实现对光源的数字式调制。

DMD与LCD作为已经广泛使用的空间光调制器，在激光为光源的投影显示系统中也得到了应用。例如在授予Sang-whoe Doh等人的美国专利6385309中，就介绍了采用DMD器件作为空间光调制器激光投影系统，标题为“光耦合装置及其制造方法，以及利用该装置的光学仪器”；在授予Kapellner等人的美国专利7128420中，介绍了采用激光为光源，LCD作为空间光调制器的投影显示系统，标题为“图像投影装置与方法”。

LCOS器件属于新型的硅基芯片上的液晶反射式微投影器件。相比于LCD、DMD，LCOS投影技术具有光利用率高、响应时间短、易于实现高解析度等优点。目前，已经有采用LCOS微显示器件的激光投影系统，例如2003年7月15日授予Kruschwitz等人的美国专利6594090，标题为“激光投影显示系统”。

不同于传统的灯泡为光源的投影系统，激光投影系统还可以采用二维逐点扫描的方式来实现，例如2007年7月11日授予米克罗斯.斯坦恩等人的中国专利CN1998243A，标题为“彩色激光投影显示器”。采用扫描方式实现激光投影而无需使用空间光调制器，但是对红绿蓝三色激光器的调制频率要求较高。由于扫描时所采用的激光光束比采用面阵空间光调制器的投影系统的激光光斑要小得多，三色激光合束调整要求比较高。

除面阵空间光调制器以外，线阵空间光调制器也在激光投影显示设备中得到了应用，例如1994年5月10日授予Bloom等人的美国专利5311360，标题为“调制光束的方法和装置”，描述了光栅光阀GLV(Grating Light Valve)线阵器件；在2001年10月23日授予Kowarz等人的题为“具有保角光栅器件的空间光调制器”的美国专利6307663中，描述另一种线阵空间光调制GEMS(GratingElectro Mechanical System)。利用上述器件，可以对线形激光束进行调制，调制后的线光束扫描形成二维图像，例如2003年4月22日授予Kowarz等人的美国专利6552855，标题为“具有高灰度等级的图像形成系统”，就展示了利用多个GEMS器件的激光投影系统；2006年3月21日授予Ikeda等人的美国专利7016099，标题为“MEMS器件，GLV装置以及激光显示”，展示了采用三片GLV分别作为红、绿、蓝三色激光的空间光调制器的激光投影系统。